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生产的电能必须等于该时刻用电设备使用的电能与分配、输送过程中损耗的电能之和。
要求系统结构合理、便于运行调度。
2. 运行要求:
安全:
不应发生人身事故和设备事故。
可靠:
满足连续供电的要求。
优质:
满足电压、频率等质量的要求。
经济:
投资要省、运行费用要低,尽可能节约电能和减少有色金属消耗量。
三、现代电力系统的发展趋势
发展趋势:
能源结构的多样性和互补性;
控制和调度手段的先进性
;
输电方式的新颖性。
四建筑供配电系统及其组成
建筑供配电系统由高压及低压配电线路、变电站(包括配电站〕和用电设备组成。
第二节电力系统额定电压
电力系统额定电压
额定电压——指保证设备正常运行且能获得最佳技术经济效果的电压。
包括各种供电设备、用电设备和电网的额定电压
用电设备的额定电压
电力线路产生电压降,线路各点电压不同。
用电设备额定电压按线路始端与末端的平均电压制造。
发电机的额定电压
线路负载时电压损失全线≤10%,≤±
5%。
发电机的额定电压比同级电网额定电压高5%,从而使用电设备端的电压偏差在额定电压的±
5%以内变化。
用来补偿线路上的电压损失。
四、电力变压器的额定电压
一次绕组额定电压:
a、变压器直接与发电机相连,则一次绕组额定电压应与发电机额定电压相同。
b、当接在线路上时,相当于用电设备,则一次绕组额定电压等于电网额定电压。
二次绕组额定电压:
(空载电压)
a、当二次侧输电线路较长时(如35kV及以上高压线路),考虑满载时内部5%的阻抗电压降和线路电压损失,则变压器二次绕组额定电压应比电网额定电压高10%。
b、当二次侧线路较短时(直接向高低压用电设备供电,如10kV及以下线路),只考虑变压器绕组自身5%的电压损失,而不计线路的电压损失,故变压器二次绕组额定电压比电网额定电压高5%。
〔例〕已知图中所示系统中电网的额定电压,试确定发电机和变压器的额定电压。
〔解〕
发电机G的额定电压:
UN·
G=1.05UN·
L1=1.05×
10=10.5(kV)
变压器T1的额定电压:
U1N·
T1=UN·
G=10.5(kV)
U2N·
T1=1.1UN·
L2=1.1×
110=121(kV)
变压器T1的变比为:
10.5kV/121kV
变压器T2的额定电压:
T2=UN·
L2=110(kV)
T2=1.05UN·
L3=1.05×
6=6.3(kV)
变压器T2的变比为:
110kV/6.3kV
第三节建筑供配电的负荷等级及其对供电要求
一、负荷分级
重要负荷、不重要负荷、动力负荷、照明负荷。
二、各级负荷对供电的要求
第四节建筑供配电设计的内容、程序与要求
一、建筑电气设计的一般原则
适用安全经济美观
二、建筑供配电设计的内容
1.输电线路设计;
2.变配电所设计;
3.电气照明设计;
4.电力设计;
5.防雷与接地设计;
6.电气信号及自动控制设计。
三、建筑供配电设计的程序与要求
1.方案设计
凡国家及省市重点工程项目,规模较大的高层建筑以及有特殊要求的大型民用建筑及工业建筑,必须提出方案设计。
一般高层建筑也都应提出方案设计。
在方案设计阶段,电气设计和弱电设计文件主要是设计说明书及必要的简图。
其深度应满足设计方案优选和设计投标的要求。
2.初步设计
初步设计文件根据设计任务书进行编制,由设计说明书(包括设计总说明和专业的设计说明书)、设计图纸、主要设备及材料表和工程概算书等四部分组成。
3.施工图设计
施工图设计应根据已批准的初步设计进行编制,内容以图纸为主,应包括封面、图纸目录、设计说明(或首页)、图纸、工程概算等等。
自测题
一、填空题
1.电力用户配电变压器一次侧额定电压()电网额定电压,二次侧
额定电压高于二次电网额定电压(),主要补偿()电压损失。
2.用电设备的额定电压()电网额定电压。
发电机额定电压比同级
电网额定电压高(),用于补偿()。
3.()、()、()、()是对用户供电系统的基本要求。
4.根据规范,一级负荷应由()电源供电,二级负荷一般应由()电源供电,三级负荷一般由()电源供电。
二、计算题
1.确定下图的供配电系统中发电机、变压器和用电设备的额定电压。
2.确定下图的供配电系统中变压器T1和线路WL1、WL2的额定电压。
3.确定下图的供配电系统中发电机、变压器和用电设备的额定电压。
第二章建筑供配电的负荷计算
第一节计算负荷的意义和目的
一、原始资料:
用电负荷的产品铭牌数据。
二、考虑因素:
非同时运行;
运行并非在额定状态下。
不能简单地用设备额定容量作为计算负荷。
三、计算负荷
计算负荷是根据已知的用电设备容量按一定统计方法确定的,预期不变的最大假想负荷。
按照允许发热条件选择导线截面。
确定变压器容量
制定提高功率因数的措施
选择及整定保护设备以及校验供电电压的质量
四、负荷计算的目的
求计算负荷的工作
求计算负荷,也称需用负荷
为了合理的选择供配电系统各级电压供电网络、变压器容量和电器设备型号等。
求尖峰电流
用于计算电压波动、电压损失、选择熔断器和保护元件等。
求平均负荷
用于计算供配电系统中电能需要量、电能损耗和选择无功补偿装置等。
第二节用电设备的主要特征
一、用电设备的分类
(一)按电流分:
直流和交流
(二)按电压分:
低压-1kV及以下;
高压-高于1kV
(三)按频率分:
低频-50Hz以下;
工频-50Hz;
中频-50~1000Hz;
高频-1000Hz以上
(四)按工作制分:
1.连续运行工作制
工作时间较长,连续运行的设备
在规定的环境温度下连续运行,设备任何部分温升均不超过最高允许值,负荷比较稳定。
通风机、压缩机、各种泵类、各种电炉、机床、电解电镀设备、照明等
电镀设备的工作特点是:
(1)工作方式是长期连续工作的。
(2)供电采用直流电源,需要晶闸管整流设备。
(3)容量较大,功率因数较低。
2.短时运行工作制
指工作时间很短,停歇时间相当长的用电设备。
在工作时间内,用电设备的温升尚未达到该负荷稳定值,即停歇,在停歇时间内温度又降低为周围介质的温度。
金属切削机床用的辅助机械、水闸用电机等。
3.反复短时工作制
指有规律性的,时而工作、时而停歇、反复运行的用电设备的工作制。
工作时间内设备温度升高,停歇时间温度又下降,若干周期后,达到一个稳定的波动状态。
吊车电动机、电焊用变压器等。
二、用电设备容量的计算
不同工作制额定容量换算成统一工作制的设备功率。
Pe表示。
1.连续运行工作制用电设备
Pe=PN(kW)
2.短时运行工作制用电设备
一般不考虑
3.反复短时工作制用电设备
设备容量是将某一暂载率下的铭牌额定功率统一换算到一个标准暂载率下的功率。
暂载率(JC%):
用电设备工作时间与整个工作周期时间之比值,用JC表示。
Pe与其标准暂载率JC密切相关,对供电系统而言,按发热等效原则(同一周期内)求得其关系式。
则得:
(1)电动机组要求设备容量统一换算到暂载率JC25=25%时的功率。
(2)电焊机组
要求设备容量统一换算到暂载率JC100=100%时的额定功。
4.照明的设备容量
1)对白炽灯和碘钨灯的设备容量是指灯泡的额定功率(W)
Pe=PN·
10-3(kW)
2)对气体放电灯的设备容量是指灯管功率(W)加镇流器中的功率损失
Pe=(1.1~1.2)PN·
高压水银灯、金属卤化物灯取1.1
荧光灯、日光灯取1.2
3)对不同性质的建筑物估算照明设备容量,采用单位面积照明容量法计算
Pe=S×
ω/1000(kW)
ω-照明单位容量(单位安装功率,W/m2)
5.单台用电设备的额定容量
〔如〕:
某中央空调机组包括制冷主机一台156kW,冷却水泵二台2×
22kW(一用一备),冷冻水泵二台2×
30kW(一用一备),冷却塔一台7.5kW。
则该组用电设备的计算负荷为:
Pe=(156+22+30+7.5)=215.5kW
备用设备不计算在计算负荷中。
第三节负荷曲线及计算负荷
一、负荷曲线
负荷曲线是表征电力负荷随时间变动情况的图形。
直角坐标系:
纵坐标表示负荷(有功功率或无功功率)
横坐标表示对应时间
按负荷性质分:
有功负荷曲线、无功负荷曲线
按所表示的负荷变动的时间:
年负荷、月负荷和日负荷曲线
1.日负荷曲线
以一昼夜24h为时间范围绘制的。
2.年负荷曲线
反映用电负荷(365d×
24h/d=8760h)的变化情况
1)年运行负荷曲线(日最大负荷全年时间变化曲线)
按全年每日的最大负荷间接绘制的。
横坐标依次以全年12个月的日期来分格。
可以用来确定拥有多台变压器的变电所在一年的时间不同时期宜投入几台运行,即经济运行方式,降低电能损耗,提高经济效益。
2)年持续负荷曲线
根据一年中具有代表性的冬季和夏季日负荷曲线绘制
横坐标依次以全年8760h计。
冬季213d,夏季152d
从两条典型日负荷曲线的功率最大值开始,依功率的递减顺序依次绘制。
P1持续时间:
T1=t1×
213(h)
P5持续时间:
T5=(t5+t’5)×
213+t’’5×
152(h)
年运行负荷曲线按时间先后绘制
年持续负荷曲线按负荷大小和累积时间绘制
二、与负荷计算有关的几个物理量
(一)年最大负荷和最大负荷利用小时数
年最大负荷Pm——全年中最大工作班内(这一工作班的最大负荷不是偶然出现的,而是全年至少出现过2~3次)半小时平均功率的最大值。
Pm、Qm、Sm
年最大负荷利用小时Tm——假想时间
如果用户以年最大负荷(如Pm)持续运Tmh,则所消耗的电能恰好等于全年实际消耗的电能。
Tm=Wp/Pm
Wp全年消耗的有功电量,阴影部分
Tm在计算电能损耗和电气设备选择中用到。
Tm的大小反映了用户负荷是否均匀的重要指标。
该值越大,负荷越平稳。
(二)平均负荷和负荷系数
平均负荷——电力负荷在一段时间内平均耗用的功率。
PavQavSav
日平均负荷:
年平均负荷:
负荷系数α、β——在最大工作班内,平均负荷与最大负荷之比
有功负荷系数:
无功负荷系数:
α=0.7~0.75
β=0.76~0.82
(三)需用系数Kd
需用系数定义为:
(四)利用系数Ku
利用系数定义为:
三、计算负荷定义
计算负荷--是按照发热条件选择导体和电器设备时使用的一个假想负荷。
物理意义:
按这个“计算负荷”持续运行所产生的热效应,与按实际变动负荷长期运行所产生的最大热效应相等。
为什么取30min平均最大负荷作为“计算负荷”?
对于中小截面的导体,发热时间常数τ0约为10min左右,达到稳定温升的时间约为3~4τ0,约30min。
对于较大截面的导体,τ0大于10min,在30min时间内达不到稳定温升,取30min平均最大负荷为计算负荷比较保守。
综合考虑:
PC=P30=Pm;
QC=Q30=Qm;
SC=S30=Sm
PC-最大工作班的有功计算负荷
P30-30min平均最大负荷
Pm-最大负荷
第四节 求计算负荷的方法
一、按需用系数法确定计算负荷
需用系数法,是将用电设备容量Pe乘以需用系数和同时系数,直接求出计算负荷。
(一)一组三相用电设备的计算负荷
有功计算负荷(kW)
无功计算负荷(kvar)
视在计算负荷(kVA)
计算电流(A)
(二)多组三相用电设备的计算负荷
在确定低压干线上或低压母线上的计算负荷时,可结合具体情况对其有功和无功计算负荷计入一个同时系数K∑
注意:
总的视在计算负荷和计算电流不能直接相加后乘以K∑来计算?
由于各组设备的功率因数不一定相同
(三)注意事项
1)负荷计算中常用的单位:
有功功率kW;
无功功率kvar;
视在功率kVA;
电流为A;
电压为kV
2)计算多组设备总的计算负荷时,为了简化和统一,不因设备台数多少而修改查表得到的参数值。
3)求多组设备计算负荷和电流时,由于各组设备的功率因数不一定相同,总的视在计算负荷和计算电流一般不能用各组视在计算负荷或计算电流之和来计算,总的视在计算负荷按
计算。
如果在低压母线上装有无功补偿用的静电电容器组时,则计算负荷为:
Q0-低压母线上静电电容器组送往容量。
书上用Qc表示。
二、按二项式法确定计算负荷
需用系数法的缺点:
需用系数法未考虑用电设备组中少数容量特别大的设备对计算负荷“举足轻重”的影响,在确定用电设备台数少而容量差别相当大的低压支线和干线的计算负荷时,结果偏小。
二项式法的提出:
克服了需用系数法的缺点,分为两项:
第一项--用电设备组的平均最大负荷项,为基本负荷值;
第二项--考虑数台大容量对总计算负荷的影响而计入的附加功率值。
(一)同一工作组用电设备的计算负荷
有功计算负荷(kW) Pc=bPe+cPx
1.Pe
该用电设备组的设备容量之和,计算方法如前需用系数法中所述。
2.Px
该组中,x台最大容量用电设备的设备容量之和。
x为该组取用大容量用电设备的台数,对于不同工作制、类型的用电设备,x取值不同。
见表2-11。
如果设备用电组中n≤x,Px=Pe
3.二项式系数b、c
通过统计得到。
物理意义:
Pm=Pc=Pav+Pa
=Ku·
Pe+Pa
=bPe+cPx
b表示利用系数
c表示x台大容量电动机综合影响系数。
(二)不同工作制多个用电设备组的计算负荷
在确定多组用电设备总的计算负荷时,应考虑各组最大负荷不同时出现的因素,但不是计入同时系数,而是取其中最大的附加负荷,再加上各组平均负荷。
三、计算负荷的估算方法
(一)单位产品耗电量法
当已知企业年生产量为n,每生产单位产品电能消耗量为ω,则
年电能需要量 Wa=ωn(kW·
h)
最大有功功率 Pm=Wa/Tm(kW)
Tm--最大有功负荷年利用小时(h)
(二)负荷密度法
当已知车间面积或某建筑面积负荷密度ρ时,车间的平均负荷或建筑的平均负荷按下式计算:
Pav=ρ·
A(kW)
ρ--负荷密度(kW/m2)
(三)单位指标法
民用建筑主要有照明、动力及空调负荷。
例商业性高层建筑的用电负荷大致分布:
空调设备40~50%,
电气照明30~35%,
动力用电20~25%。
Pc=k·
N(kW)
k——单位用电指标,单位为kW/人、kW/床、kW/产品等;
N——单位数量,单位为人数、床数、产品数量等。
(四)住宅用电量指标法
每套住宅用电负荷,不再按灯具、插座等容量逐一计算,而是按住宅用电量指标进行确定。
Pc=K∑βN(kW)
β——住宅用电量指标,单位为kW/户。
其值的大小与住宅的建筑面积、档次、所处地区有关系,并随着经济的发展,指标增长迅速。
N——供电范围内的住宅户数
K∑——住宅用电同时系数。
表示不同住户的计算负荷的出现在时间上的不一致性,随着供电范围的增加、住宅数量的增加,呈减小的趋势。
[例5] 某12层住宅楼,每层6户,每户均为四室户。
对住户单回路干线式供电,如图所示,求A点和B点的计算负荷。
[解] A点的计算负荷PCA:
每层6户,同时系数取0.9
四室户,用电量指标取6kW;
PCA=Pc=K∑βN=0.9×
6×
6=32.4kW
B点的计算负荷PCB:
共6×
12=72户,同时系数取0.6
四室户,用电量指标仍取6kW
PCA=Pc=K∑βN=0.6×
72=259.2kW
(五)其他估算方法
若已知企业或车间的其他指标,如设备每1kW安装功率所需要的平均电量α(单位为kW·
h/kW)也可进行负荷计算。
Pav=αPN/Ta(kW)
PN--设备总安装功率
Ta--年工作小时数(h)
四、民用建筑负荷计算
(一)计算方法
规范中规定在方案设计设计阶段可采用单位指标法;
在初步设计及施工图设计阶段宜采用需要系数法。
对于住宅,在设计的各个阶段均可采用单位指标法。
(二)普通中小学负荷计算
1.照明负荷采用需用系数法计算
2.一般用电插座每个可按100W计算,实验室用电插座除特殊要求外每个可按50W计算。
3.教学楼负荷需用系数根据教室与实验室的比例和插座设置的数量,在0.6~0.9范围内选取。
4.全校照明负荷需用系数可在0.5~0.8间选取。
5.全校如有动力负荷时,一般可采取负荷分析的方法,了解设备运行工况,确定计算负荷。
风机的负载率取0.75~0.85,水泵的负载率取0.7~0.8。
(三)高层办公及科研建筑负荷计算
1.照明负荷计算
(1)一般采用需用系数法计算
(2)每个电源插座可按100W计算。
(3)照明负荷的用电设备容量应根据所用光源的额定功率加上附属设备的功率。
如气体放电灯、金属卤化物灯,为灯泡的额定功率加上镇流器的功耗。
(4)单相负荷应均衡的分配到三相上
2.动力负荷计算
(1)动力设备的设备容量不包括备用设备,消防用电设备容量不列入总设备容量。
(2)季节性用电设备(如制冷设备和采暖设备)应择其大者计入总设备容量。
(四)高层旅游宾馆、饭店动力负荷计算
1.负荷特点
除一般的动力、照明和空调外,增加了许多现代化服务设施。
如炊事机械用电。
2.负荷计算方法
(1)基本采用负荷密度法、单位指标法和需用系数法
(2)负荷密度法可参考以下数据
1)凡是带有空调设备的旅游宾馆,负荷密度平均约为100VA/m2,豪华级的约为150VA/m2。
其中冷冻设备约为54~65W/m2,照明及其他约为32~43W/m2。
2)不设空调的宾馆,负荷密度平均约为30VA/m2。
折合单位指标约为1.7VA/床。
对不设空调的宾馆,为设有空调的宾馆负荷密度的1/2~1/3左右。
五、单相负荷计算
以上负荷计算是针对平衡的三相用电设备进行的,如果接入系统的是单相用电设备,如何计算?
对于平衡不了的单相用电设备,如果其容量小于三相设备容量的15%,则可不作处理,直接当作三相设备;
若超过三相设备容量15%时,则应将单相设备容量换算为等效三相负荷,再与三相负荷相加,得出三相线路总的计算负荷。
为什么在分配单相负荷时,应尽量做到三相平衡?
三相四线制中,如三相相负荷分布不均,将产生零序电压,使零点移位,某相电压降低,其它相电压升高,增大了电压偏差。
(一)单相用电设备仅接于相电压
负荷计算的目的是选择合适的电气设备和线路,为保证三相平衡,系统的电气设备必须做到三相一致。
当有单相设备时,以容量最大相为确定系统电气设备参数的依据。
Peq-等效三相用电设备有功功率(kW)
Qeq-等效三相用电设备无功功率(kvar)
Pm-最大相的单相用电设备功率之和(kW)
[例6]$$在三相系统中如何分配单相设备
现有9台220V单相电阻炉,其中4台1kW,3台1.5kW,2台2kW。
试合理分配上列各电炉于220/380V的TN-C线路上,并计算其计算负荷。
[解] A相4台1kW,Pe=4kW
B相3台1.5kW,Pe=4.5kW
C相2台2kW,Pe=4kW
等效三相负荷按B相负荷的3倍计算
Kd=0.7,cosφ=1,tanφ=0
Pc=0.7×
4.5×
3=9.45kW
Qc=0
Sc=9.45kVA
(二)单相用电设备仅接于线电压
先将各线间负荷相加,选取其中负荷较大两项进行计算。
如当Pab≥Pbc≥Pca时,取Pab和Pbc
1.当Pbc>0.15Pab时,Peq=1.5(Pab+Pbc)
2.当Pbc≤0.15Pab时,
3.当只有Pab时,即Pbc=Pca=0,
Pab、Pbc、Pca-分别接于ab、bc、ca线的负荷(kW)
(三)单相设备分别接于线电压和相电压
1. 将接于线电压的单相负荷换算为接于相电压的单相负荷。
2. 再将各相负荷相加,选出最大相负荷,取其3倍即为等效三相负荷。
如Pa∑为最大相总负荷,
第五节 负荷计算方法的应用范围及评价
1. 需用系数法计算简单,是最为常用的一种计算方法,适用于用电设备数量较多,且容量相差不大的情况。
2. 二项式法考虑问题的出发点是大容量设备的作用,因此,当用电设备组中设备容量相差悬殊时,使用二项式法可得到较为准确的结果。
3. 指标法中除了住宅用电量指标法外,其他方法一般只用于供配电系统的前期负荷估算。
4. 根据负荷计算方法得出的计算结果往往偏大。
这是因为:
1) 负荷计算的基础数据偏大。
在选择电气设备时,一般都是按最不利的负荷情况选择
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